基于模糊集的高校網絡安全等級保護體系研究

林志興 張武威 余 建 劉孫發(fā) 許 力

1(三明學院網絡中心 福建 三明 365004) 2(福建師范大學數(shù)學與計算機科學學院 福建 福州 350007)

0 引 言

隨著高校信息化發(fā)展水平不斷提高，教育教學系統(tǒng)和日常管理對信息系統(tǒng)的依賴程度也越來越高。與此同時高校的信息系統(tǒng)所面臨的安全風險也與日俱增。為提高高校信息系統(tǒng)的抗風險能力，按照相關法律、法規(guī)、文件要求，結合高校信息化發(fā)展實際，實施高校信息系統(tǒng)安全等級保護工作。2019年5月，等保2.0[1]的發(fā)布，讓等級保護工作更顯重要。新等保2.0中，要求變被動防御為主動防御，變層面防御為綜合防御、縱深防御。但如何適應2.0下的新體系的測評工作[2]，已成為許多學者迫切需要研究的課題。目前用于信息系統(tǒng)安全等級測評的方法有很多種，張湛等[3]采用層次分析法對測評對象進行模塊化分層分析，以可視化的方式展現(xiàn)出安全差距，讓業(yè)主參與針對性的整改，以最小的成本完善和加固系統(tǒng)的安全；方舟等[4]采用粗糙集神經網絡對信息系統(tǒng)建立測評指標的量化決策表，通過屬性約簡后的數(shù)據(jù)樣例進行B-P神經網絡的訓練來完成對等保測評；黃洪等[5]利用故障樹對系統(tǒng)中存在的安全風險進行分析，通過最小割集轉化成推理規(guī)則來判斷信息系統(tǒng)的脆弱性并計算出其風險值,最后將結果作為信息系統(tǒng)安全等級測評依據(jù)。上述方法雖說都較好地給出了測評對象的測評結果，但在過程中卻缺少測評對象的指標體系，同時更是缺少了安全控制點指標，對信息系統(tǒng)的測評不能給出較為讓人信服的數(shù)據(jù)。目前安全等級測評有定性法、定量法和定性與定量相結合法[6]。測評的方式有模糊綜合評價法、算術平均法、風險權值法等。由于等級測評是一個動態(tài)的過程，存在多次測評和整改的工作，為了客觀地反映出測評工作對安全防護整體評價，本文采用模糊綜合評判決策方法[7]進行評價。通過建立基于一致性準則的網絡安全等級評價模型，分析各個一級指標下的安全控制點權重和關聯(lián)度，從而判定該信息系統(tǒng)的測評符合性程度，并給出實際的測評結果。

1 信息系統(tǒng)安全等級保護的測評指標體系

1.1 等保2.0下測評指標構成分析

在等保2.0中，《網絡安全等級保護基本要求》[8]對各被測評的信息系統(tǒng)的安全功能和措施做出了具體要求，等保1.0更多地關注系統(tǒng)、人員、物理環(huán)境的安全，而等保2.0的保護重點已經變更為圍繞數(shù)據(jù)、網絡、系統(tǒng)、人員的網絡空間體系的安全。它強調了安全運維的概念：在傳統(tǒng)的資產管理、設備運維的基礎上，將安全運維的范疇擴充到了安全事件的響應和高級安全威脅的發(fā)現(xiàn)，如果考慮到定期的審計和有效性驗證，安全運維的范疇將進一步擴充。由于等保2.0新增了工控、大數(shù)據(jù)、云計算等應用領域，因此需在原標準GB/T 22239—2008的基礎上進行修訂，新修訂的辦法需滿足網絡安全的可擴展性和可靠性。

《網絡安全等級保護基本要求》《信息系統(tǒng)安全等級保護測評要求》[9](以下簡稱等級測評)《信息安全風險評估規(guī)范》[10]《信息系統(tǒng)安全等級保護測評過程指南》[11](以下簡稱測評指南)明確要求：信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)在處于聯(lián)網狀態(tài)下被傳送、處理等的環(huán)節(jié)上不能被盜取、損壞,或未經授權使用其數(shù)據(jù)，這類信息安全標識記為S；信息系統(tǒng)的正常運轉，在未經授權的情況下對系統(tǒng)進行破壞，從而導致業(yè)務系統(tǒng)癱瘓的安全保護標識記為A；一般類安全保護標識記為G。表1為信息安全測評指標統(tǒng)計表。

表1 信息安全測評指標統(tǒng)計表

參考《測評指南》《等級測評》中的安全測評指標，以及公安部信息安全等級保護相關要求，網絡安全中有7個控制點(評價指標)作為等級測評的基本指標[12-13]，信息安全測評控制點指標構成如表2。 將待測評信息系統(tǒng)的測評項分為3個安全面指標，其后面的二級指標再劃分出至少5個控制點指標值。設待測評信息系統(tǒng)的安全層面指標為C={C1,C2,C3}，設二級安全控制點指標為C1={C11,C12,C13,C14,C15,C16}。例如:“網絡安全層面指標”中“網絡架構”為C11，“訪問控制”為C12，如表2所示。

表2 被測評系統(tǒng)中測評控制點指標構成

1.2 測評指標結構模型

基于信息安全測評指標統(tǒng)計列表中安全分類，同時對表2中測評基本指標點進行分析。可以看到，實際上信息安全測評由多個安全層面的測評指標和安全控制頻數(shù)指標構成。模糊集理論可以在網絡測評中起到一種決策性作用[14-15]，其本質是運用概念模糊理論對未確定的事物進行研究，并通過矩陣模型將其量化成電腦可以顯示的信息。本文將模糊綜合評判決策方法用于信息系統(tǒng)的測評，方法過程如下。

1) 根據(jù)對等保測評指標的構成分析，將測評對象劃分為：物理和環(huán)境安全C1、網絡和通信安全C2、設備和計算安全C3、應用和計算安全C4共四個主因素，Ci={Ci1,Ci2,…,Ci4}，其中：i=1，2，3，4；Cij為測評因素下的二級因素，j=1，2，3，4。由此構成了測評對象安全等級測評因子C={C1,C2,C3,C4}，即滿足C=C1∪C2∪C3∪C4。

2) 采用四級定量化的測評模式，構建測評評判等級{v1，v2，v3，v3}={優(yōu)秀，良好，一般，較差}，其中：v1=1，v2=2，v3=3，v4=4。

3) 根據(jù)Ci={Ci1,Ci2,…,Ci4}和評判集V={v1，v2，v3，v4}，得到網絡安全等級測評Ci的單因素測評矩陣。

式中:rijk表示主因素Ci中的子因素j被測評中心評為Vk時的頻率，k=1,2,3,4。

4) 由安全控制點指標的權重wi=(wi1,wi2,…,wij)，結合主因素Ci的單因素評判矩陣Ri，可以得到各主因素Ci的評價向量Bi=wiRi=(bi1,bi2,…,bi4)。

5) 由安全層面指標權重W=(w1,w2,w3)，得到由各主因素Ci評價向量所組成的主因素評判矩陣A，最后總因素C的評價向量為R=WA。

7) 評定待測評對象P的等級，按最大隸屬度原則，取Kj=max{kj(P)}(j=1,2,…,m)，則測評對象的等級為第L級。

8) 修正后測評，在進行第一次測評后，用戶根據(jù)差距分析對被測評對象進行修正后，再次對測評對象進行測評，確定測評對象關于不同等級j的綜合關聯(lián)度為：

式中:Cj(P)為待測評對象第L級(即“身份鑒別”等指標)的綜合關聯(lián)度；wr為“網絡和通信安全”等層面指標Ci的權重值。

9) 考慮測評中心安全評判集V，則某單位的測評對象等保評價結果為F=Cj(P)。

結合以上步驟，根據(jù)等級保護評價的符合性準則，給出了等級保護評價的結論值和系統(tǒng)測評具體分數(shù)。等級測評結論分別為 “優(yōu)秀”“良好”“一般”“較差”。得分情況為：

式中：P為被數(shù)測評對象的總測評項數(shù);m(k)為對應的測評對象數(shù)。

判定及綜合計算模型見表3。

表3 等級測評結論判別依據(jù)

可以看到，測評結果打破了60分合格的底線，判定依據(jù)更加科學化。

1.3 測評指標權重

1.3.1計算方法

1) 計算網絡安全層面指標的權重系數(shù)。

(1)

式中：μj為評價對象指標權重系數(shù)值；fjl為矩陣安全控制點向量元素；λl表示安全控制點對應的特征值；m為安全控制點數(shù)量。

2) 設wj為各指標權重值，則：

(2)

(3)

1.3.2各級指標權重計算

按照網絡和通信安全、設備和計算安全、應用和計算安全、物理和環(huán)境安全等一級指標的分類，分別進行二級指標權重值的計算(選取網絡和通信安全項C1)。然后計算網絡和通信安全、設備和計算安全、應用和計算安全、物理和環(huán)境安全等指標Chi的分值，具體公式為:

(4)

式中：Wij為二級指標權重系數(shù)；Cij表示二級指標的分值；h為總指標數(shù)；i為一級指標數(shù)量；j為二級指標數(shù)量。

最后將Chi二級指標得分情況代入權重計算公式，分別計算出它們的權重，以網絡和通信安全項為例的計算結果見表4。

表4 網絡和通信安全項C1測評指標權重分布及控制點測評矩陣表

2 實 驗

2.1 實驗架構拓撲

為了驗證該模型，以圖1所示的某大學安全系統(tǒng)為例，可以看到其等級保護的拓撲中共分為五個區(qū)域，分別是教育網防御區(qū)、校園網出口外聯(lián)區(qū)、數(shù)據(jù)中心、核心交換區(qū)、接入區(qū)。選取數(shù)據(jù)中心的某個業(yè)務進行信息系統(tǒng)安全等級測評測試研究，在數(shù)據(jù)中心區(qū)域，接入測試工具，對在虛擬機部署下的某信息系統(tǒng)(測評對象)進行掃描等測試。

圖1 某大學等級保護網絡安全系統(tǒng)實驗拓撲圖

首先設立總體安全測評指參數(shù)，如表5所示。根據(jù)式(2)計算出各安全控制點的測評項權重，同時，根據(jù)信息系統(tǒng)安全等級測評模型，將每個安全控制點分成四個等級，即“優(yōu)”“良”“中”“差”。二級權重系數(shù)為1.0即為優(yōu);[0.85,0.99]即為良;[0.75,0.84]即為中，就是“符合”級別;[0.00,0.74]即為差，則“不符合”。

表5 某信息系統(tǒng)總體安全測評指標參數(shù)

續(xù)表5

某信息系統(tǒng)的測評等級關聯(lián)度結果如表6所示，K符合C1=-0.313 2，K基本符合C1=-0.341 1，K不符合C1=-0.301 9。根據(jù)最大隸屬度原則，K不符合C1=-0.301 9。因此，該信息系統(tǒng)的測評結果為“不符合”。

表6 安全控制點指標的測評符合度

續(xù)表6

2.2 修正后關聯(lián)度分析

一般在第一次測評結果為不符合后，用戶會對所測評存在問題的因素進行整改修正，再次評估。根據(jù)模糊集評價方法對其一級層面指標進行再次進行測評，得到網絡和通信安全等層面指標的符合度，如表7所示。

表7 各層面指標對各評價等級的測評結果

對其一級指標進行等級關聯(lián)，根據(jù)最大隸屬度原則，取Kj=max{kj(P)}=-0.189 3，指標P為基本符合，則該系統(tǒng)的測評符合性程度為“基本符合”。

2.3 實驗結果

根據(jù)以上對某信息系統(tǒng)運行安全保護狀態(tài)的測評，某系統(tǒng)等級三級等保測評結論為基本符合。通過測評模型得到測評項符合率為78.60%，部分符合率為10.70%，不符合率為10.70%。問題數(shù)總計13個，其中:高風險問題0個，中風險問題數(shù)13個，低風險問題0個。測評分數(shù)為85.67分，該大學針對某系統(tǒng)面臨的主要安全威脅采取了相應的安全機制，基本達到保護信息系統(tǒng)重資產的作用。

3 結 語

依據(jù)網絡安全等級保護2.0基本要求，構建了網絡安全的測評指標體系和測評模型，包含網絡安全、設備和計算安全、應用和計算安全、物理和環(huán)境安全等一級指標和二級指標的信息系統(tǒng)安全等級測評指標體系。本文選擇《基本要求》中對應級別的安全要求作為等級測評的主要因素，分別對各個安全層面中安全控制點進行權重分析。通過模糊綜合評判決策方法以某高校的某信息系統(tǒng)的安全實測對該模型進行實驗驗證，結果證明該方法下某信息系統(tǒng)的整體測評體系完全符合等保2.0下的測評要求。隨著網絡安全工作不斷深入，《網絡安全法》中明確各個單位應依照相關標準實施信息安全等級保護測評工作，因此本文對加強信息系統(tǒng)等級保護測評工作具有較強的實際意義。